Балка виренделя из профильной трубы

Балки Виренделя. Сварные перфорированные балки

Балки Виренделя

Балка Виренделя похожа на ферму без раскосов. При работе балки под нагрузкой в поясах и стойках возникают продольные усилия и изгибающие моменты. Передача усилий в узлах должна быть тщательно обеспечена. Балки применяют в качестве несущих элементов, имеющих высоту этажа, или как несущие конструкции перекрытия, в которых необходимо проложить коммуникации большого поперечного сечения. Изготовление балок Виренделя весьма трудоемко.

1. Балка Виренделя, сваренная из двутавровых РВ-профилей. Легкая балка при больших нагрузках.

2. Несущая способность увеличена путем усиления узлов планками, которые могут быть вырезаны из профилей или листов.

3. Тяжелая балка Виренделя под большие нагрузки, сваренная из листовой и широкополосной стали.

Сварные перфорированные балки

Изготовление этой балки требует особого оборудования, так как обе половины балки после разрезки искривляются вследствие остаточных напряжений в прокатных профилях. Поэтому такие балки целесообразно применять при массовом изготовлении.

Путем разрезки стенки двутавровых профилей РЕ и РВ по форме зубчатой рейки и сварки после сдвижки частей на половину длины волны получают более высокие профили (рис. 2). Такие профили рациональны для балок больших пролетов при небольших нагрузках. Стенки балок вследствие их большого ослабления могут воспринимать лишь ограниченные поперечные силы. На опорах, где поперечные силы больше, часто 1—2 отверстия заваривают. С помощью листовых вставок высоту балки можно еще более увеличить (рис. 3). Имеющиеся отверстия позволяют производить прокладку инженерных коммуникаций, но все-таки зачастую оказываются недостаточными для линий кондиционирования.

Номограммы

Номограммы основаны на методе фирмы «Литцка».

Номограмма А. Воспринимаемый изгибающий момент для сварных перфорированных балок без листовых вставок из сталей марок St37 и St52.

Номограмма В. Воспринимаемый изгибающий момент для сварных перфорированных балок с листовыми вставками высотой 200 мм из сталей марок St37 и St52.

Номограмма С. Масса g перфорированных балок без листовых вставок.

Номограмма D. Масса g перфорированных балок с листовыми вставками высотой 200 мм.

На абсциссе номограмм А и В даны высоты исходного профиля h₀ и сварной перфорированной балки h_w.

Для определения изгибающего момента в балке на двух опорах при действии равномерно распределенной нагрузки могут быть использованы номограммы А на этих номограммах, а также номограмма прогибов D для определения минимальной высоты балки, которая необходима исходя из допустимого прогиба.

Источник

Фермы. Классификация ферм. Компоновка ферм. Элементы ферм. Типы сечений стержней легких и тяжелых ферм

Металлические фермы – это стержневые системы, состоящие из поясов и решеток. Благодаря ребрам жесткости, такие конструкции не деформируются даже при восприятии значительных нагрузок. В зависимости от сложности формы, могут изготавливаться непосредственно на месте строительства или в условиях специализированных производств. Популярным материалом для изготовления ферменных конструкций является профильная труба квадратного или прямоугольного сечения.

Материалы для профильных труб

Для изготовления профильных труб, которые могут использоваться в конструкциях ферм, применяют различные металлы и сплавы:

• в общем случае – углеродистые стали обыкновенного качества;
• для ответственных конструкций – качественные углеродистые, низколегированные, реже – коррозионностойкие стали;
• для эксплуатации в средах повышенной агрессивности – из углеродистой стали, покрытой защитным цинковым слоем (оцинкованной);
• при необходимости создания легких ферменных конструкций – легкие и прочные сплавы на основе алюминия.

В продажу трубные изделия малых сечений поступают отрезками длиной до 6 м, больших – до 12 м. Толщину стенки и размер сечения выбирают, в зависимости от планируемых нагрузок:

• для пролетов не более 4,5 м – 40х20 мм с толщиной стенки 2 мм;
• 4,5-5,5 м – 40х40 мм с толщиной стенки 2 мм;
• более 5,5 м – 40х40х3 мм или 60х30 со стенкой 2-3 мм.

Виды конструкций ферм из профильной трубы

В состав ферменной конструкции входят верхний и нижний пояса и решетка, располагаемая между ними. Составными компонентами решетки являются:

• стойка – располагается перпендикулярно оси;
• раскос (подкос) – устанавливается под наклоном к оси;
• шпренгель – вспомогательный раскос.

Пояса ферм могут иметь различные очертания:

• Треугольное односкатное. Для треугольной односкатной фермы из профильной трубы характерно сочетание способности выдерживать высокие нагрузки с небольшой материалоемкостью.

• Треугольное двускатное. Такие конструкции могут устанавливаться на кровлях с большим уклоном скатов. Минусы: сложность устройства опорных узлов, большой расход материала. Конструктивный вариант – треугольные двускатные фермы из профильной трубы.

• Сегментное. Часто применяется для сооружения кровель со светопрозрачным покрытием из сотового или монолитного поликарбоната.

• Полигональное. Отличается сложностью монтажа. Преимущество – способность выдерживать значительные нагрузки от тяжелого настила и мощного снегового покрова. Дополнительный плюс – экономное использование профиля.
• С параллельными поясами. Это наиболее простой и экономичный вариант, для сборки которого используются стойки и раскосы одинаковых размеров. Фермы из профильной трубы с параллельными поясами легко монтировать, благодаря унифицированной конструкции, большому количеству деталей одного размера и минимальному количеству стыков. Подходят для мягких и светопрозрачных кровель.

• Трапециевидное. Сходно с полигональным, но имеет упрощенную схему монтажа.
• Арочной формы с параллельными верхним и нижним поясами. Арочные фермы из профильных труб востребованы при строительстве навесов для автомобилей, теплиц, беседок.

Варианты конструкций решеток:

• Треугольной формы. Обычно такая схема применяется в каркасах с параллельными поясами, реже – в ферменных конструкциях треугольной или трапециевидной форм.
• Раскосного типа. Для них характерны: большая материалоемкость и сложность исполнения. Варианты – шпренгельная (с дополнительными раскосами), полураскосная.
• Индивидуальные решения.

Размеры ЖБ ферм

Изготовление бетонных и железобетонных изделий осуществляется в соответствии с ГОСТами, принятыми в стране. Естественно, что железобетонные фермы не являются исключением. В соответствии с установленными нормативами определяются основные размеры элементов, выполняется маркировка.

Основные размеры железобетонных ферм:

• Раскосные – длина от 18 до 24 метров, высота от 2.6 до 3.2 метров, ширина от 0.2 до 0.3 метров.
• Безраскосные – длина 18-24 метра, высота 2.6-3.2 метра, ширина 0.2-0.3 метра.
• Треугольные безраскосные – длина от 2 метров, высота 1.2-2.7 метров, ширина 0.2-0.25 метров.
• Для скатной кровли – от 1 метра длина, высота 2.2 метра, ширина 0.5 метров.
• Для плиточной кровли – с длиной от 1 метра, высотой 3.3 метра, шириной 0.5 метров.

Самые распространенные размеры – 18/24/36 метров. Максимально допустимый вес элемента, в соответствии с ГОСТом, может составлять 6-50 тонн. В Москве и регионах можно найти железобетонные фермы любых размеров и параметров.

Маркировка дает практически все главные характеристики и показатели ферм – размеры, тип, конструктивные особенности, свойства. Маркировка включает несколько наборов букв и цифр, которые расшифровываются по ГОСТу 23009.

Как расшифровать маркировку изделия:

• 1 группа значений – номер типоразмера, тип изделия, длина (с округлением до метров).
• 2 группа значений – числовой индекс несущей способности, указывается класс арматуры (если она предварительно напряжена), тип бетона (указывается лишь для изделий из легких типов бетона).
• 3 группа значений – есть не всегда, указывает на стойкость к сейсмическим толчкам, агрессивным средам, говорит про наличие закладных, дополнительных отверстий и т.д.

Пример расшифровки маркировки: железобетонная ферма 3ФС длиной 18 метров, с несущей способностью 6 типа, напряженной арматурой А600, залитой легким бетоном, с наличием закладных, обозначается как 3ФС18-6А600Л-1. Типоразмеры и формы разных железобетонных ферм (стропильных/подстропильных), как правило, указываются в специальных таблицах.

Выбор фермы, в зависимости от уклона ската

Выбор конструктивного варианта во многом определяется уклоном ската:

• 22-30°. Для формирования скатов со значительным уклоном обычно используются треугольные фермы. Их высоту – длина пролета, разделенная на 5.
• 15-22°. Высота принимается равной длине пролета, разделенной на 7. Для возможности увеличения высоты ферменной конструкции используют варианты с ломаным нижним поясом.
• До 15°. Обычно применяют каркасы трапециевидной формы с решеткой треугольной конфигурации. Высота ферменного блока в таких случаях определяется делением длины пролета на число, находящееся в диапазоне от 7 до 9.

Основные типы ферм

• Балка Виренделя – это система, где все ее части образуют прямоугольные отверстия и тем самым соединяются в жесткую раму. Она по своей конструкции не подходит под строгий термин «фермы», т.к. в этой балке отсутствует пара сил. Ее разработал бельгийский инженер Артур Вирендель. Но т.к. эта конструкция достаточно массивна, ее редко можно встретить в современной архитектуре.

• Ферма Уоррена. Это упрощенная версия конструкции Пратта-Хова. Она работает по принципу сжатия-растяжения. Чаще всего выполнена из стального проката.
• Ферма Пратта. Патент на данное сооружение принадлежит отцу и сыну из Бостона. Калеб Пратт и Томас Уилсон были двумя инженерами. Они использовали сжатые части по вертикали, а растянутые — по горизонтали. Поэтому нагрузка одинаково хорошо распределяется как сверху, так и снизу.
• Ферма Больмана имеет достаточно сложную и неудобную конструкцию. Свою популярность в США данное сооружение получило из-за политических достоинств ее создателя. Изобретатель красноречиво говорил про ферму, пусть даже и не все соответствовало действительности. Больман сумел продвинуть свое изобретение с помощью американского правительства, которое порой принуждало градостроителей использовать данную конструкцию при проектировке мостов. Среди обладателей патентов строительных ферм есть немало наших соотечественников, но еще ни одна «русская» ферма не продвигалась в массы столь оригинальным способом.
• Ферма Финка является упрощенной версией фермы Больмана. Он просто укоротил все ее элементы и тем самым сделал ее более эффективной. Также она имеет схожесть с конструкцией фермы Пратта. Она отличается от нее лишь отсутствием нижней балки.
• Треугольная ферма. Также ее называют «бельгийской». Это современная конструкция, которая представлена в виде треугольников со шпренгелями.
• Кингпост — самый простой вариант фермы. Он представляет собой пару опор, опирающихся на вертикальную балку.
• Решётчатая городская структура была создана для замены огромных деревянных мостов. Она достаточно проста по своей конструкции. Для нее применяют обычные деревянные доски, присоединённые друг к другу под углом, которые, в свою очередь, образуют решетку.

Расчеты ферм из стальных профильных труб

Ферма перекрытия – ответственный конструктивный элемент, перед изготовлением которого обязательно проводят расчеты и составляют проект. Проведение расчетных работ необходимо доверить специалисту, поскольку правильная конструкция фермы из профильных труб во многом определяет функциональность не только крыши, но и всего строения. При наличии определенных знаний и создании небольших объектов можно воспользоваться специальными компьютерными программами «Автокад», 3D MAX, Arcon.

Этапы проектирования

• Определяют размер пролета строения, форму крыши, наклон скатов. При этом учитывают запланированный кровельный материал, снеговые и ветровые нагрузки, характерные для данного региона, тип грунта. Также принимаются во внимание вероятные особые нагрузки, которые может испытывать ферма, изготовленная из профильных труб, – штормы, ураганы, землетрясения.
• С учетом принятых выше параметров выбирают конструктивный тип фермы.
• После примерного определения габаритов и конструкции определяют вариант изготовления – в заводских условиях, сборку на месте из заготовок, заказанных на предприятии, или проведение полного цикла заготовочных и сборочных мероприятий на строительной площадке.

Полезные советы по изготовлению своими руками ферм из профильных труб

• Для облегчения конструкций, используемых для устройства крыш с минимальным уклоном скатов, используют дополнительные решетки.
• Для снижения массы каркасов, устанавливаемых для организации скатов с диапазоном углов наклона 15-22°, нижний пояс изготавливают ломаным.
• При длине прогонов от 20 м применяют каркасы Полонсо, состоящие из двух треугольных конструкций, соединенных стяжкой. Такой конструктивный вариант позволяет избежать монтажа в раскос большой длины.
• Дистанция между ферменными конструкциями в общем случае не должна превышать 1,75 м.
• При выборе труб для сложных эксплуатационных условий необходимо учитывать марку стали, из которой они изготовлены. Для регионов с холодным климатом используют трубные изделия из низколегированных сталей, проявляющих высокую устойчивость к низким температурам. При высокой коррозионной опасности следует применять оцинкованную продукцию.

Основные этапы работ по изготовлению и монтажу ферм из профильных труб

Осуществлять заготовительные, сборочные и монтажные работы должны специалисты, обладающие соответствующими знаниями, навыками и инструментом. Важно определить, какие работы можно производить внизу, а какие – после подъема стержневой конструкции на место установки, понадобится ли специальная строительная техника.

Процесс монтажа ферм из профильных труб при сооружении навеса и других каркасных конструкций включает следующие мероприятия:

• Расчистка, выравнивание и разметка участка.
• Установка металлических вертикальных опор с заглублением и бетонированием.
• Прихватка и последующая приварка поперечных связей.
• Сборка и сварка заготовок ферм из профильных труб по заранее намеченной схеме.
• Подъем собранных ферменных блоков на место установки.
• Приварка к установленным блокам перемычек с отверстиями, предназначенными для крепления кровельного материала.
• Зачистка сварных швов, особенно – на верхних гранях каркаса.
• Обезжиривание элементов металлоконструкции. При использовании неоцинкованного профиля его поверхность грунтуют и окрашивают, что позволяет существенно продлить эксплуатационный период.

Принцип действия

Уникальность этой конструкции заключается в ее «неизменности» под воздействием внешних факторов. Нагрузка на эту систему бывает достаточно большая. Ферма представляет собой множество объединённых в одну конструкцию треугольников. Нагрузка в них сосредоточена в месте соединения узлов, т.к. стержни лучше проявляют свои свойства в процессе сжатия-растяжения, а не на излом. В современном строительстве чаще всего используют жесткое, а не шарнирное соединение стержней. Из этого следует, что при отделении одного из них от цельной конструкции они останутся в неизменном по отношению друг к другу положении.

Источник